Neues AiF-Projekt am BIAS

Modellierung der Mehrfachumwandlungen in Werkzeugstählen bei additiven Verfahren

Zentrale Herausforderungen der additiven Fertigung liegen in der Ermittlung geeigneter Prozessfenster und Bearbeitungsstrategien, um geforderte Bauteileigenschaften sicherzustellen. Aktuell werden Parameter für jeden Werkstoff sowie in Abhängigkeit der darzustellenden Geometrien experimentell ermittelt und die Produkte anschließend aufwendig charakterisiert. Dies stellt einen großen Kostenfaktor dar, da Prozesse oft Stunden dauern und die Produktivität erheblich einschränken. Bisherige Vorhersagemodelle resultierender Eigenschaften versagten insbesondere an umwandelnden Werkstoffen, beispielsweise Werkzeugstählen. Fehlerhafte Berechnungen der aus iterativen Prozessen resultierenden Phasenanteile, Eigenspannungen und Dehnungen sind darauf zurückzuführen, dass Materialdaten stets auf einem gewissen Ausgangszustand basieren, der allerdings höchstens beim ersten Temperaturzyklus vorliegt.

Anhand des Laserauftragschweißens sollen durch experimentelle Charakterisierungen und insbesondere mithilfe zeit- und ortsaufgelöster in-situ Röntgenbeugungsuntersuchungen transiente und resultierende Werkstoffzustände während und nach dem Prozess untersucht werden. Die Erkenntnisse dienen der Modellentwicklung, um die den jeweiligen Zyklen zugrundeliegenden Ausgangszustände und deren Einfluss auf nachfolgende Zyklen zu berücksichtigen. Damit wird eine Berechnung auftretender Mehrfachumwandlungen zugänglich, wie sie typisch für iterative und additive Verfahren sind. Vorhersagen von Gefügeanteilen, Eigenspannungen und Dehnungen werden durch Kenntnis der in jedem Schritt eingestellten Ausgangsgefüge sowie der Umwandlungskinetik erheblich präzisiert. Entwicklungszyklen können somit deutlich verkürzt werden, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit der Anwender deutlich gesteigert wird. Durch enge Zusammenarbeit von Forschungsstellen und Unternehmen der Modellierung, Werkstoff- und Schweißtechnik soll das Vorhaben maximale Nutzbarkeit und Verbreitung der Erkenntnisse gewährleisten.